ROM版本下系统调试信息的一种显示方法

    摘要：提出在目标系统脱离开发系统运行时，如何通过串口在Windows的超级终端软件中显示调试信息的一个具体方法。该方法有助于改进调试质量、缩短调试周期。

    关键词：脱机调试 超级终端 可变参数函数 输出函数

1 ROM版本目标系统的调试问题

一般的目标系统在开发工具环境下的调试并不困难，但最终系统必须脱离开发工具独立运行，即使在开发工具环境下完全正常的系统，ROM版本也往往会出现各种问题。原因有两人：一是开发工具硬件环境和最终的目标硬件环境不完全相同；二是外部因素不同，实验室中无法模拟现场的很多外部条件。因此，在脱离开发工具后的现场运行中，也能进行调试，这在产品开发的初期是十分重要的。对于硬件的调试，可以使用示波器等仪器；对于软件的调试，一般方法则是显示软件运行中的各种信息（如变量）。

    我们知道，C语言中的“printf()”函数是学习C语言的人最了解和熟悉的一个函数。很多C语言教材一开始就以显示“hello word”字符串来描述C语言的基本特片，其中唯一的语句就是调用“printf ()”函数。虽然该函数可以在屏幕上输出信息，但一般的用户软件中只在调试时用它来显示某些中间变量的结果，一旦程序调试完成，就将其删除了，真正的应用信息（如菜单字符等）显示往往其他的输出函数，如puts()，cputs()等。实际上，在C语言编写的第一个软件-UNIX操作系统中，该函数也是用于输出调试信息或系统错误提示信息的。对于使用和学习C语言的程序员来说，printf()由于可以同时输出不同类型的数据，因此，它的使用是软件调试的重要手段之一。

在TURBO C2.0编译器中，printf()函数的实现依赖于操作系统。在嵌入式系统中，往往没有操作系统或者操作系统不提供这个功能，也可能没有显示输出部件，或显示设备的空间有限，只能用于显示应用信息。因此，必须用其他的方法来解决调试信息的输出问题。最常用的方法是通过目标系统的一个串口将信息发送给PC机来显示，PC机上可以使用Windows的“超级终端”软件接受和显示信息，如图1所示。

这种系统的硬件很简单，我们只说明软件的实现方法。为此，我们必须设计专用的、可以显示各种数据类型的printf()函数，以达到从串口或其他途径输出信息的目的。在一些C开发工具（如C51）中，系统提供了printf（）库函数，但没有提供源代码[1]，LINUX和UNIX的源代码中虽然也包含printf（）的函数源代码，但过于复杂[2,3]。和一般的C函数不同，printf()函数的参数数量和类型是可变的，这是编写该函数的难点。要解决这个难是，必须先了解C函数参数传递的原理。

2 C函数的参数传递原理

在大部分情况下，C语言是通过堆栈存储器来传递参数（也有例外，C51的小模式则通过寄存器传递参数）。对于非指针类型，传递的不是原来类型的数据，而是对参数进行了类型转换，如字符类型（char）变成整型（int）拷贝到堆栈中、浮点类型（float）变成双精度类型（double），如表1所列。表1中未列出的，则没有转换[4]。

表1 

调用类型	转换类型	字节数
char	int	2
float	double	4
struct	完全拷贝	sizeof(struct...)

对于像字符数组之类的指针参数，是将指针拷贝到堆栈中，而不是将数组中的所有内容传送到堆栈中。比如，对函数fun(char *str，int i,float &a)的调用：

char str[10]=“welcome”；

int i=100; float a=1.14;

……

fun(str,i,&a)；

各个参烽str,i在堆栈中按先右后左的次序存放，表2所列为调用函数fun( )开始时堆栈中的参数存放情况。此时函数fun()的代码上尚未执行，函数中的局部变量也是在堆栈中，所以在函数执行结束后，局部变量将消失。

表2 函数调用时的参数在堆栈中的存储情况（X86环境）

堆栈指针（大模式）		内  容	字节数
			大模式	小模式
栈 顶	……	……	…	…
	sp+10	&a	4	2
	sp+8	i	2	2
	sp+4	str	4	2
	sp	返回主函数的偏移地址	4	2
	sp-?	函数fun的局部变量	…	…

表2说明了两个问题：第一个问题是，每个参数在堆栈中的存储长度和参数的类型有关。对于指针类型参数，参数长度和编译模式有关：大模式下，地址包括段地址和偏移地址，共4字节；而小模式下，地址只有段内偏移，占2字节。第二个问题是，如果知道其中的一个参数地址和参数的类型，则可以得到任意参数的数值，并不需要知道参数的名称。比如在函数fun（）中，可用以下代码显示各个参数的内容：

void fun(char *str,int i,float *a)

{

void *p

p=&str;

printf("str=%s",str); p=(char **)p+1;

printf（"i=%d" ((int*)p)）；p=(int *)p+1;

printf("i=%d" *((float *)p));

}

上面语句定义了一个无法型指针p来指向堆栈地址，这样，就可以得到堆栈中的各个参数。p被初始化为指向第一个参数str。因为str也是一个指针，所以需要将p转换为一个二重指针后再加1，以使指针移向下一个参数i。这样，没有使用参数i和a，也可以显示这两个变量的数值。

3 PC机上的printf()函数的设计实现

现在，可以编写自己的printf()函数了。以下给出TC20编译环境下的具体实现代码，在其他环境下，可以根据该原理进行移植。该函数除了可以显示十进制、字符串、十六进制等格式数值外，也可以按位显示二进制数。对于其他类型，读者可以根据需要增删。

在实际应用中，可以修改其中的putchar()函数，将字符发到串口，就可以达到上述目的了。这里我们编写的函数还增加了数字的二进制显示，这对于很多位域应用是很有用处的。

/*printf()函数的实现代码，为和库函数区别，特在各函数前增加前缀“my”*/

void myprintf(char *fmt,…)

{

void *p;

char ch;

p=&fmt;p=(char**)p+1;/*指向堆栈中的下一个参数*/

while(1){

while((ch=*fmt++)!='%'{/*读入格式字符串*/

if(ch= ='0')return;

putchar(ch);

};

ch=*fmt++;

switch(ch){ /*格式字符分析*/

/*因为字符参数传递时也转换成整形参数传递，故同样处理*/

case 'c':

case'd':

case'x':

case'0':

case'b':

if(ch= ='c')myputchar(*(int *)p));

if(ch= ='d')myprintn(*((int *)p),10);

if(ch= ='x')myprintn(*((int *)p),16);

if(ch= ='o')myprintn(*((int *)p),8);

if(ch= ='b')myprintn(*((int *)p),2);

p=(int)p+1; /*指针移动*/

break;

case's':

myputs(*((char **)p));

p=(char **)p+1; /*指针移动*/

break;

default;

};

}

}

void myputs(char str) /*显示一个字符*/

{

while((*str)!='0')myputchar('str++);

}

/*显示任意进制的数值，b为二、八、十、十六等进制数*/

void myprintn(int,n,int b)

{

if(b= =16){ myprintx(n); return; }

if(n<0){ myputchar('-'); n=-n; };

if(n/b)

myprintn(n/b,b);

myputchar(n%b+'0');

}

void myprintx(int n) /*以十六进制显示1个数字*/

{

signed char i;

for(i=3;i>=0;i--)

if(((n>>i*4)&0x0f)>=10)

/*当10，11…时，显示'a','b',…'f',*/

myputchar(((n>>i*4)&0x0f)-10+'a');

else myputchar(((n>>i*4)&0x0f)+'0');

}

/*

*在很多嵌入式系统中，并不存在PC一样的标准显示设备，

*通过修改该函数，可以将字符“ch”发送到串口，或者目

*标系统中的LED、LCD等显示器件。这样，就可以在脱

*离开发系统情况下显示调试信息，从而调试目标系统的软

*件或硬件。

*/

void myputchar(int ch)

{

……;/*此函数可供修改，将字符“ch”送到SBUF或其他显示器件就可以了*/

}

4 超级终端软件的使用

打开Windows的“超级终端”软件，再打开“hypertrm”，新建一个终端会话。在该会话的“属性u35774设置u32456终端仿真”菜单下，将终端仿真类型设置为VT100[5]；在“属性u35774设置u32456终端设置u23383字符集”菜单下设置字符集为“ASCII”；在“属性u36830连接到u37197配置u24120常规u26368最快速度”下设置通信波特率和目录系统一致，并将该对话框下“仅以该速度连接打开”设置选中；在“属性u36830连接到u37197配置u36830连接u36830连接首选项”下设置传送数据位数、校验方式。完成后，连接好RS-232串口线，就可以在超级终端窗口显示目标系统的调试信息了。

在用超级终端显示时，唯一要求发送的数据必须以ASCII码形式发送（上述printf()函数就是如此）。如果要求交互式双向数据传送，请参考VT100文档[5]。对于字符和控制的说明，这里不再描述。

当然，在不方便使用PC机的情况下（如某些工业现场），可以自制一个简单带串口的LED或LCD的ASCII显示终端来专门显示的调试信息。